低成本、高效的氢气析出反应（HER）催化剂对于提高基于清洁氢气的能源经济性非常重要。由于二维二硫化钼（2D MoS₂）具有出色的催化性能，因此对其进行了深入研究。然而，大多数报道的合成是费时、复杂的并且效率较低的。本工作证明了通过超快（60 s）微波引发的方法生产MoS₂/石墨烯催化剂。石墨烯的高比表面积和电导率为MoS₂纳米片的生长提供了良好的导电网络，同时具有快速的电荷转移动力学。生成的MoS₂/石墨烯纳米复合材料在酸性介质中对HER具有优异的电催化活性，起始电位低至62 mV、阴极电流高、Tafel斜率为43.3 mV/decade。MoS₂/石墨烯不仅具有出色的催化活性，而且在250 mV的超电势下，仍显示出长的循环稳定性，并具有约1000 mA cm^-2的非常高的阴极电流密度。此外，MoS₂/石墨烯催化剂在30至120°C的温度范围内表现出出色的HER活性，具有36.51 kJ mol^-1的低活化能，为实际的可扩展处理提供了机会。
Figure 1. 微波引发的MoS₂/石墨烯复合物的合成，用作HER的电催化剂。
 

Figure 2. （a,b）石墨烯薄片和（c,d）嵌入石墨烯的MoS₂层的SEM图像；（e）MoS₂/石墨烯的HRTEM图像；（f）MoS₂纳米片和石墨烯的高倍率HRTEM图像；MoS₂纳米片的层间距离约为6.4；（g）MoS₂/石墨烯纳米复合材料的低倍TEM图像；（h）MoS₂纳米片的SAED模式
 
 
Figure 3. HER催化剂的电化学性能：（a）LSV曲线；（b）相应的Tafel图。电化学电容测量：（c）MoS₂/石墨烯的CV曲线；（d）MoS₂/石墨烯复合材料、MoS₂+石墨烯混合物和纯MoS₂在不同扫描速率下的平均电容电流密度。
 

Figure 4. EIS测试：（a）用于模拟HER过程的等效电路；（b）EIS；（c）奈奎斯特图；（d）R_ct与MoS₂/石墨烯催化剂的HER超电势有关。
 
 
Figure 5. 稳定性测试：（a）MoS₂/石墨烯相对于RHE的循环稳定性；（b）时间依赖性；（c）在4000个周期后的CV曲线；（d）在进行4000次CV循环之前和之后，对MoS₂/石墨烯复合材料进行双层电容测量。
 

Figure 6. （a）MoS₂/石墨烯复合材料的LSV曲线（0.5 mol/L H₂SO₄）；（b）MoS₂/石墨烯的相应Arrhenius图
 
      相关研究成果于2020年由奥本大学Xinyu Zhang课题组，发表在Sci China Mater（doi.org/10.1007/s40843-019-9555-0）上。原文：Facile microwave approach towards high performance MoS₂/graphene nanocomposite for hydrogen evolution reaction。

摘自《石墨烯杂志》公众号：